Lämpömittari

Question: Kuka keksi lämpömittarin?


Lämpömittari on laite, jota käytetään aineen lämpötilan mittaamiseen. Mittareita on monenlaisia eri käyttötarkoituksiin. Lämpömittarin keksijänä pidetään Galileo Galileita, joka keksi alkeellisen lämpömittarin v.1592.[1]
Lämpömittareissa on käytössä erilaisia asteikkoja, joista yleisin on Suomessakin käytössä oleva Celsius-asteikko. Tieteellisessä käytössä käytetään absoluuttisesta nollapisteestä alkavaa Kelvin-asteikkoa.
Historia
Lämpömittari keksittiin 1600-luvun alussa. Ensimmäisen nestelämpömittarin keksi Jean Rey.[1] Hänen keksintöään paranteli Toscanan suurherttua Ferdinand II tekemällä mittarista ilmatiiviin, jolloin ilmanpaineen muutokset eivät haitanneet mittauksia. Hän kokeili eri nesteitä ja päätyi alkoholiin, mutta myöhemmin se korvattiin elohopealla, jonka lämpölaajeneminen osoittautui lineaarisemmaksi.
Nestepohjainen lämpömittari
Nestepohjainen lämpömittari on yksinkertaisimpia lämpömittarimalleja. Se koostuu nestesäiliöstä, säiliöön liitetystä putkesta ja putken viereen asetetusta asteikosta.  Nestesäiliö on täytetty aivan täyteen ja myös putki on osaksi nesteen täyttämä.   Mittarin toiminta perustuu nesteen lämpölaajenemiseen: lämpötilan noustessa nesteen tilavuus kasvaa ja neste laajenee putkeen.  Mittarin asteikko on kalibroitu niin, että nestepinnan korkeus suoraan osoittaa lämpötilan.  Mittarin asteväli määräytyy nesteen lämpölaajenemiskertoimesta sekä säiliön tilavuuden ja putken poikkipinta-alan suhteesta. Tehtaalla nestettä täytetään niin paljon, että nesteen pinta asettuu putkessa oikealle kohdalle kalibrointilämpötilassa.

Nesteenä käytetään yleisesti värjättyä petrolia sen laajan lämpötilojen siedon ja tasaisen lämpölaajenemisen vuoksi. Myös etanolia eli spriitä käytetään varsinkin sellaisissa lämpömittareissa, joilla on mitattava hyvin alhaisia lämpötiloja. Värjättynä alkoholi näkyy paremmin lasin läpi. Myrkyllinen elohopea on perinteinen mittaneste. Sitä on käytössä edelleen vanhoissa ruumiinlämpömittareissa eli kuumemittareissa. Nykyään ruumiinlämpömittareissa käytetään muuta nestemetallia, esimerkiksi galliumista, indiumista, tinasta ja sinkistä tehtyä seosta.
Bimetallilämpömittari
Bimetallisella metallikierukalla toimiva mittari on toinen hyvin yksinkertainen malli. Se perustuu metallien lämpölaajenemiseen. Metallikierukkaan on toisiinsa kiinnitetty kaksi eri metalleista, tavallisimmin teräksestä ja kuparista, valmistettua kierukkaa, jotka näin yhdistettyinä näyttävät yhdeltä kappaleelta, ja koska eri metalleilla on erisuuri lämpölaajenemiskerroin, kierukka vääntyy eri lämpötiloissa eri asentoihin ja kääntää viisaria. Tyypillisiä kuluttajakäytössä olevia bimetallilämpömittareita ovat saunojen lämpömittarit. Koska mittareissa ei ole lasia, ei niiden rikkoontumisesta tule lasinsiruja saunojille. Koska toisaalta taas saunassa voi olla jopa 120 C -asteen lämpö, lasinen lämpömittari edellyttäisi erikoislasia, jotta lämpölaajeneminen ei särkisi mittalasia. Bimetallilämpömittareita käytetään myös erilaisissa mainoslahjalämpömittareissa, joiden valmistuskustannusten tulee olla halpoja.
Elektroninen lämpömittari

Sähköinen lämpömittari voi perustua esimerkiksi joidenkin materiaalien sähkövastuksen suureen  lämpötilariippuvuuteen. Lämpötila voidaan määrittää mittaamalla niiden vastusarvo. Tyypillisiä vastuslämpöantureita ovat platinasta valmistetut PT100- ja PT1000-anturit. On myös epätarkempia ja halpoja NTC-vastusantureita (Negative Temperature Coefficient), joiden vastuksen lämpötilariippuvuus on hyvin suuri ja voimakkaasti epälineaarinen. 
Toinen käytetty periaate on metalliparista muodostettu termoelementti, jonka jännitettä mitataan.
Infrapunalämpömittari
Pintalämpötilaa, esimerkiksi seinän lämpötilaa, voidaan mitata infrapunalämpömittarilla, joka mittaa kohteen lähettämää lämpösäteilyä infrapunasäteilylle herkän anturin avulla.  
Kaikki kappaleet säteilevät heikkoa infrapuna- eli lämpösäteilyä, joka on näkyvää valoa pitkäaaltoisempaa sähkömagneettista säteilyä.  Vaikka sitä ei voi ihmissilmin nähdä, sitä voidaan havainnoida oikealla laitteistolla samalla tavoin kuin ihminen näkee valoa. Säteilyn aallonpituusjakauma ja voimakkuus riippuvat kappaleen lämpötilasta.
Lämpökamerassa on infrapunasäteilylle herkkä valokenno ja sillä voidaan tuottaa televisiokuvan tapaisia lämpökuvia.  Lämpökamera tavallaan muuttaa infrapunasäteilyn ihmissilmälle sopivaksi. Näin saadaan kuvia eri kappaleiden lämpötiloista.
Muita lämpömittareita
Akustisessa lämpömittarissa hyödynnetään äänen nopeuden riippuvuutta lämpötilasta.
Kelojen ja muuntajien käämien lämpötilaa mitataan usein mittaamalla käämin resistanssin muutosta. Resistanssin muutoksesta voidaan laskea lämpötilan nousu perustuen käämin metallin ominaisresistanssiin.
Lähteet

Katso myös
Vastuslämpötila-anturi
Termopari
Kostea lämpömittari
Aiheesta muualla



Luokka:Lämpötila
Luokka:Säähavaintolaitteet
Luokka:Laboratoriotarvikkeet
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit
Luokka:Mittalaitteet
Luokka:Esiteolliset keksinnöt